小天体着陆探测是深空探测的重要组成部分,为了实现在小天体表面复杂区域的精确着陆,需要着陆器具有自主导航与安全评估能力。本学位论文考虑小天体软着陆的特点,针对弱引力场建模、下降位姿估计、着陆安全评估等问题,开展了自主光学导航与着陆安全评估方法研究,并进行了小天体着陆可视化仿真验证。论文主要内容如下:首先,对小天体着陆运动进行了动力学建模分析。针对小天体引力场不规则特点,研究了不规则弱引力场建模方法,利用多面体法建立了小天体高精度引力场模型,在此基础上,分析了弱引力条件下摄动力的影响,完成了小天体着陆动力学建模。其次,研究了基于光学/IMU的自主着陆导航方法。建立了光学相机观测模型与惯性单元测量模型,利用多视线信息测量实现了着陆器下降位姿状态确定,分析了导航系统误差来源,通过对比光学导航和惯性导航,考虑小天体软着陆导航的特点,设计了基于扩展卡尔曼滤波的组合导航滤波器。然后,研究了基于碰障概率的着陆安全评估方法。考虑着陆器落点散布和小天体表面地形特点,引入碰撞概率为着陆器在线安全评估指标,建立着陆误差椭圆内的碰障概率密度函数模型,推导着陆器与障碍物碰撞概率,并分析了落点散布大小、障碍物分布对碰撞概率的影响,利用碰撞概率值对小天体着陆进行安全评估。最后,搭建了小天体着陆可视化仿真系统,对自主光学导航与安全评估方法进行了仿真分析。利用3ds Max建立了小天体模型与着陆平面三维模型,通过模型修改、纹理贴图及光照模拟实现了可视化仿真模型的建立,基于可视化模型和Open GL环境,建立了小天体着陆可视化仿真系统,基于该系统开展了自主光学导航与着陆安全评估的可视化仿真。